焦爐煙氣脫硫脫硝技術在鞍鋼的應用
摘要： 介紹了焦爐煙氣脫硫脫硝技術在鞍鋼的應用情況，SDS干法脫硫技術適應性強，操作簡單，維護方便，脫硫效率高。脫硫副產物是固體，可以綜合利用，不會產生脫硫廢液。將干熄焦煙氣與焦爐煙氣一起處理，可減少設備投資，達到節能增效目的。
隨著環保排放標準越來越嚴，自2015 年1 月1 日起，現有焦化企業開始執行GB 16171—2012《煉焦化學工業污染物排放標準》，對一般地區焦爐煙囪煙氣顆粒物、SO2、NOx排放濃度分別要求達到30 mg /m3、50 mg /m3、500 mg /m3 ; 對重點地區焦爐煙囪煙氣顆粒物、SO2、NOx排放濃度分別要求達到15 mg /m3、30 mg /m3、150 mg /m3。焦爐煙氣必須進行凈化才能達到國家排放標準。
1 焦爐煙氣脫硫脫硝凈化技術應用背景
鞍鋼煉焦總廠現有8 座6 m 焦爐和4 座7 m 焦爐，焦炭設計產能730 萬t /a，采用混合煤氣加熱，焦爐燃燒煙氣中顆粒物濃度小于30 mg /m3、SO2濃度為20 ～ 160 mg /m3、NOx濃度為300 ～ 730 mg /m3，存在污染物超標排放情況。
以煉焦總廠7#焦爐煙囪為例，為確保污染物在線監測達標排放，從2016 年11 月開始，采取將7#、8#焦爐周轉時間由19 h 延長至22 h，配煤硫分降至0. 65%以下兩項措施。延長周轉時間使焦炭減產373. 6 t /d，此組焦爐產能下降13. 63%。由于鞍鋼焦炭本來就存在缺口，需要外購，而2017 年外購焦炭比自產焦炭成本約高500～800 元/t，控制配煤硫分導致噸焦成本又增加20～30 元/t，兩項合計2017 年7#、8#焦爐全年共增加成本1 億多元，經濟損失巨大。
鑒于環保壓力和巨大經濟損失，焦爐煙氣污染物治理迫在眉睫。如果不治理，將很快面臨停產限產的嚴峻形勢。經過考察論證，最終確定由鞍鋼集團工程技術有限公司進行煙氣脫硫脫硝設計，保證污染物穩定達標排放。
2 焦爐脫硫脫硝技術簡介
2. 1 脫硫脫硝工藝選擇
焦爐煙氣主要污染物有SO2、NOx、顆粒物、硫化氫、一氧化碳等，煙氣中二氧化硫含量較低、氮氧化物含量較高。因此脫硝的選擇較為重要，焦爐煙氣溫度范圍在180 ～ 210 ℃，屬于中低溫脫硝。鑒于焦爐實際生產情況，煙囪必須時刻保持熱備狀態，溫度不得低于135 ℃，因此不宜選擇濕法脫硫技術。
結合焦爐煙氣特點，經過多種方案的比選，決定采用“SDS 干法脫硫+ 中低溫SCR 脫硝除塵”工藝技術，對焦爐煙氣及干熄焦預存段放散廢氣中的多種污染物進行凈化。
2. 2 SDS 干法脫硫工藝簡介
將脫硫劑( NaHCO3粉末) 均勻噴射在管道內，脫硫劑在管道內被加熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸，發生化學反應，煙氣中的SO2等酸性物質被吸收凈化。主要發生如下化學反應:
2NaHCO3 + SO2 + 1 /2O2→Na2SO4 + 2CO2 + H2O
2NaHCO3 + SO3→Na2SO4 + 2CO2 + H2O
2. 3 SDS 干法脫硫技術特點
( 1) 干法脫硫系統無需用水，不產生廢水。
( 2) 脫硫系統工藝簡單，操作維護方便，脫硫劑直接噴入管道。
( 3) 脫硫副產物可以回收利用。
( 4) 脫硫效率非常高，適合焦爐工況。
( 5) 靈活性高，可以通過調節脫硫劑噴入量來滿足不同排放標準的要求。
2. 4 SCR 脫硝工藝簡介
在裝有催化劑的脫硝反應器內用氨作為還原劑來脫除煙氣中的氮氧化物，NOx
經脫硝反應轉化成
氮氣和水蒸汽。主要發生如下化學反應:
4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2→ 3N2 + 6H2O
2. 5 SCR 脫硝技術特點
( 1) 中低溫SCR 反應減少了對煙氣再加熱的能源消耗，可以降低運行費用。
( 2) 蜂窩式催化劑適用于焦爐的低塵煙氣，較大的比表面積降低了催化劑的用量。
( 3) 脫硝裝置結構簡單，并且脫除效率高，達90%以上，運行可靠。
3 脫硫脫硝技術在鞍鋼的應用情況
3. 1 焦爐現狀及脫硫脫硝技術應用
鞍鋼煉焦總廠7# 焦爐炭化室共50 孔，高度為6 m，焦炭產能50 萬t /a，配有1 座獨立煙囪，采用混合煤氣燃燒，設計煙氣量140 000 m3 /h，7#焦爐燃燒產生廢氣情況見表1。
7#焦爐脫硫脫硝工藝流程: 焦爐煙氣從機側、焦側地下煙道引出，煙氣合并后在管道內與噴入的脫硫劑接觸反應，進入布袋除塵器，凈化后的煙氣與加熱爐產生的熱氣混合達到180 ℃以上，再進入脫硝反應器，脫硝后的煙氣經增壓風機送回煙囪排放，確保煙囪處于熱備狀態。
鞍鋼煉焦總廠7#焦爐脫硫脫硝裝置于2017年10月開工建設， 2018 年2 月熱負荷試車成功，目前已完成功能考核測試，各項指標達到設計要求。由于此環保項目建設工期短且一次性投產達標，我廠其余9 套脫硫脫硝裝置也采用了相同的技術，目前均處于開工調試狀態。
3. 2 干熄焦煙氣凈化工藝
干熄焦煙氣凈化工藝流程: 最初設計用小風機將干熄焦預存段放散煙氣引出，在引出管道上與噴入的脫硫劑接觸反應后進入布袋除塵器，凈化后的煙氣送回干熄焦除塵器煙囪進行排放。在實際運行時，發現預存段煙氣引出后，實際煙溫由120 ℃下降至60 ℃左右，達不到脫硫反應所需的溫度。經過反復研究，修改設計方案，將預存段煙氣先經除塵器凈化，再并入焦爐煙氣管道，與焦爐煙氣混合后經脫硫脫硝凈化后從焦爐煙囪排出。
將干熄焦含SO2濃度較高的預存段放散煙氣處理后，干熄焦除塵器煙囪排放的煙氣各項指標達標排放。我廠其余5 套干熄焦的預存段放散煙氣均采用了相同的工藝技術，目前與脫硫脫硝系統均處于開工調試狀態。煉焦總廠7# 焦爐配套干熄焦及放散廢氣情況見表2。
3. 3 處理后指標控制情況
經過脫硫脫硝凈化處理后煙氣要求達到的標準見表3。
為了充分檢驗脫硫脫硝裝置的實際效果，煉焦總廠自2018 年3 月開始，焦爐恢復正常結焦時間及配煤硫分，詳細標定脫硫脫硝系統運行情況。自5 月開始將干熄焦煙氣并入焦爐煙氣中進行處理，均未影響焦爐及干熄焦的正常生產，7# 焦爐煙囪排放基本達到標準要求。
4 結語
( 1) 鞍鋼煉焦總廠7# 焦爐脫硫脫硝穩定運行后，焦爐煙囪排放顆粒物、SO2、NOx指標均達到國家環保標準規定要求。釋放了焦爐產能，避免了由于焦爐限產和調整配煤所帶來的巨大經濟損失。
( 2) 此套脫硫脫硝裝置將干熄焦預存段煙氣并入7#焦爐脫硫脫硝系統后，未造成干熄焦系統波動，解決了目前國內類似裝置運行造成干熄焦預存段壓力波動，影響干熄焦生產運行的問題。
( 3) 此套脫硫脫硝裝置在焦爐煙道采用插板式隔斷裝置，風機突然停止時能迅速開啟隔斷裝置，使焦爐加熱所需的吸力能及時轉換，避免因焦爐加熱系統吸力不足、蓄熱室煤氣泄漏導致中毒或爆炸等安全事故。
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